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LED散热技术导热
浏览: 发布日期:2017-09-12
LED散热技术
LED散热技术,这是最常见的散热方式,用铝散热鳍片做为外壳的一部分来增加散热面积。
LED发热问题
与传统光源一样,半导体发光二极管(LED)在工作期间也会产生热量,其多少取决于整体的发光效率。
在外加电能量作用下,电子和空穴的辐射复合发生电致发光,在PN结附近辐射出来的光还需经过芯片(chip)本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界(空气)。综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等,最终大概只有30-40%的输入电能转化为光能,其余60-70%的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。
LED发热对寿命的影响
一般来说,LED灯工作是否稳定,品质好坏,与灯体本身散热至关重要,市场上的高亮度LED灯的散热,常常采用自然散热,效果并不理想。LED光源打造的LED灯具,由LED、散热结构、驱动器、透镜组成,因此散热也是一个重要的部分,如果LED不能很好散热、它的寿命也会受影响。
热量管理是高亮度LED应用中的主要问题
由于III族氮化物的p型掺杂受限于Mg受主的溶解度和空穴的较高启动能,热量特别容易在p型区域中产生,这个热量必须通过整个结构才能在热沉上消散;LED器件的散热途径主要是热传导和热对流;Sapphire衬底材料极低的热导率导致器件热阻增加,产生严重的自加热效应,对器件的性能和可靠性产生毁灭性的影响。
热量对高亮度LED的影响
热量集中在尺寸很小的芯片内,芯片温度升高,引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和萤光粉激射效率下降;当温度超过一定值时,器件失效率呈指数规律增加。统计资料表明,元件温度每上升2℃,可靠性下降10%。当多个LED密集排列组成白光照明系统时,热量的耗散问题更严重。解决热量管理问题已成为高亮度LED应用的先决条件。
芯片尺寸与散热的关系提高功率LED的亮度最直接的方法是增大输入功率,而为了防止有源层的饱和必须相应地增大p-n结的尺寸;增大输入功率必然使结温升高,进而使量子效率降低。单管功率的提高取决于器件将热量从p-n结导出的能力、在保持现有芯片材料、结构、封装工艺、芯片上电流密度不变及等同的散热条件下,单独增加芯片的尺寸,结区温度将不断上升。
LED散热的方法
铝散热鳍片
这是最常见的散热方式,用铝散热鳍片做为外壳的一部分来增加散热面积。
导热塑料壳
使用LED绝缘散热塑料替代铝合金制作散热体,能大幅提高热辐射能力,中航纳米新型高导热球形填料,目前成功应用于LED导热塑料中,可以提高LED的使用寿命,代替铝合金散热体。
表面辐射散热处理
灯壳表面做辐射散热处理,简单的就是涂抹辐射散热漆,可以将热量用辐射方式带离灯壳表面。
空气流体力学
利用灯壳外形,制造出对流空气,这是最低成本的加强散热方式。
风扇
灯壳内部用长寿高效风扇加强散热,造价低,效果好。不过要换风扇就是麻烦些,也不适用于户外,这种设计较为少见。
导热管
利用导热管技术,将热量由LED芯片导到外壳散热鳍片。在大型灯具,如路灯等是常见的设计。